O PROBLEMA DOS GEONEUTRINOS: Um problema relevante para o Projeto Angra Neutrinos?

O PROBLEMA DOS GEONEUTRINOS:

Um problema relevante para o Projeto

Angra Neutrinos?

Anselmo S. Paschoa

Anselmo S. Paschoa

Laboratório de Radioecologia e Mudanças Globais (LARAMG) Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)

&

Os estudos sobre neutrinos (e antineutrinos) evoluíram de forma consistente desde de que foram postulados por Wolfgang Pauli, em 1930, passando por sua detecção por Frederick Reines e Clyde Cowan em 1956 e chegando ao Prêmio Nobel em 1988 (Leon M. chegando ao Prêmio Nobel em 1988 (Leon M. Lederman, Melvin Schwartz e Jack Steinberger) e também em 2002 – recebido por Raymond Davis Jr., pelo seu longo trabalho sobre neutrinos cósmicos, e por Masaoshi Koshiba que observou neutrinos originários de super-novas.

• Sabe-se hoje que existem neutrinos

produzidos na Terra pela radioatividade natural - os geoneutrinos - além daqueles originados em aceleradores de partículas e em reatores nucleares.

• Os geoneutrinos são criados na • Os geoneutrinos são criados na

desintegração beta dos radionuclídeos naturais das séries do urânio (235_{U e} 238_{U), do}

tório (232_{Th), além do processo de}

• Resumidamente, a série de reações naturais

que produzem geoneutrinos são as seguintes:

238_{U →→→→} 206_{Pb + 8} 4_{He + 6 e}−−−− _{+ 6 νννν} e 235_{U →→→→} 207_{Pb + 6} 4_{He + 5 e}−−−− _{+ 5 νννν} e 232_{Th →→→→} 208_{Pb + 6} 4_{He + 4 e}−−−− _{+ 4 νννν} e 40_{K →→→→} 40_{Ca + e}−−−− _{+ νννν} e 89% mais 40_{K + EC →→→→} 40_{Ar + νννν} e 10.7%

Ilustração dos processos de desintegrações das séries do urânio (238_{U) e tório (}232_{Th) e do} 40_K.

• A reação para detecção de antineutrinos: ν ν ν ν _e + p →→→→ e+ _{+ n} “threshold” de 1.8 MeV Reações de detecção:

e+ _{+ e}- _{→→→→ 2γγγγ (0,511 MeV) com sinal “prompt”}

Os fluxos de geoneutrinos esperados, decorrentes de concentrações de 238_{U e} 232_{Th de 6,1 a 8,4 ppm (6,5}

ppm na média) e 0,9 a 2,2 ppm (1,3 ppm na média), respectivamente, são (KamLAND – Sanshiro, 2006):

φφφφ_{νννν} = 2,3 x 106 _cm-2_.s-1 _{da série do} 238_{U; e}

Os fluxos de geoneutrinos previstos para Gran Sasso são (Borexino – Saldanha, 2008):

φφφφ_{νννν} = 4,3 x 106 _cm-2_.s-1 _{da série do} 238_U;

φφφφ_{νννν} = 4,3 x 10 cm .s da série do U; e

As concentracões de 238_{U e} 232_{Th nas partes superior}

e média da crosta terrestre aparecem na Tabela abaixo (Rudnick, 2008): CROSTA U Th Th/U ppm ppm Superior 1,5 – 2,8 (2,7) 8,6 – 10,8 (10,5) 3,9 Superior 1,5 – 2,8 (2,7) 8,6 – 10,8 (10,5) 3,9 Média 0,9 – 2,2 (1,3) 6,1 – 8,4 (6,5) 5,0

• Com base nesses fluxos de geoneutrinos as

interações com 1032 _{protons-alvo, do detector do}

projeto KamLAND, resultariam em menos de 100 eventos por ano decorrentes de antineutrinos resultantes de desintegrações em ambas as séries radioativas.

• Com um volume fiducial de 408 toneladas, 2

anos de contagem e cerca de 69% de eficiência, as taxas anuais de geoneutrinos esperadas são 15 da série do 238_{U e 4 da série do} 232_Th.

O espectro de antineutrinos das séries do

238_{U e} 232_{Th aparecem no gráfico abaixo}

O espectro de antineutrinos das séries do 238_{U e} 232_Th

acrescido dos antineutrinos devido a reações em reatores e, reações (αααα,n) e acidentais (2%) aparecem

• Existem várias experiências em andamento e/ou

planejadas para detectar geoneutrinos: [Bohem et al., 2001; SNO Collaboration, 2004; Fiorentini et al, 2005; de Meijer et al., 2006; Sanshiro, 2006; 2005; de Meijer et al., 2006; Sanshiro, 2006; Giammarchi e Miramonti, 2006; Rubia, 2006; The Borexino Collaboration, 2006; Learned, 2007; Raghavan, 2007; Neutrino Geoscience, 2008].

Homestake SNO+

Hanohano

LENA Baksan

KamLAND

Localização dos laboratórios que detectam geoneutrinos

EARTH (de Meijer)

• A esta altura convém lembrar que a geologia regional é importante

para o entendimento dos valores de geoneutrinos obtidos nas medidas.

100 km

Contribuição da geologia regional (Mantovani et al., 2008)

• KamLAND, em Kamioka, 50% do

sinal origina-se num raio de 600 km.

200 km 100 km 200 km

sinal origina-se num raio de 600 km.

• Borexino, em Gran Sasso, 50% do

• Em Angra (ou melhor Itaórna) a proximidade da Serra do Mar pode ser relevante no que diz respeito a contribuição geológica regional para as medidas de geoneutrinos.

• Acredita-se que a maioria das praias de areia

monazítica da costa leste do Brasil começaram a ser formadas há cerca de 18.000 anos, durante o Quaternário.

• Uma grande variação do nível do mar teria exposto • Uma grande variação do nível do mar teria exposto

parte da plataforma continental brasileira, para em seguida voltar a ficar submersa.

• Este vai e vem das águas propiciou a formação de

praias, sendo que aquelas que receberam terras raras – incluindo urânio e tório – transformaram-se nas apreciadas praias de areias monazíticas.

• Praias de areias monazíticas são comuns na Ilha Grande,

Angra dos Reis, Paraty e Ubatuba.

Praia Brava, Angra dos Reis Praia Brava, Angra dos Reis

QUATERNÁRIO

• O quaternário é o período geológico mais recente – de 2 x 106 anos

atrás até hoje.

• Pleistoceno – ou era glacial (maior parte do quaternário). • Holoceno – época atual aquecida – últimos 104 anos . • Características principais do período quaternário: • Características principais do período quaternário:

Continentes cobertos de gelo;

Episódios inter-glaciais de curta duração com temperaturas tão altas ou maiores do que as atuais;

Visão global do máximo da última era glacial (18.000 anos atrás) – http://www.scotese.com/lastice.htm

• Diferenças de temperaturas da superfície do mar (oC).

• Os valores negativos indicam que na última era glacial os

oceanos eram mais frios do que são hoje. Figura – CLIMAP, 1984.

• O significado das flutuações dos níveis do mar no que

tange a evolução dos deltas dos rios na costa do Brasil ainda não é conhecido, segundo renomados geólogos brasileiros.

• A PETROBRAS possui alguns estudos sobre o assunto, • A PETROBRAS possui alguns estudos sobre o assunto,

mas os objetivos são, em geral, específicos para a descoberta e exploração de petróleo.

• Entendo que há necessidade de trazer conhecimento de

Pacific ocean

U,Th rich zone _{U -} Volatiles or their ions

Th - ne ne -→ U → Th n+ n+ 1 2 6

• Segundo Bao (1999), a distribuição de U e Th sob o Oceano

Pacífico, na parte exterior do núcleo terrestre, influenciou na formação das placas tectônicas.

• É possível que o mesmo processo não tenha ocorrido sob o

1.4 U 0.1 Th 0.2 U 5.6 Th Continental crust Oceanic crust Concentrações médias de U, Th (ppm) Migração de U e Th para a superfície

• As diferenças de concentrações de Th e U nas

crosta continental carecem de explicações aceitas universalmente.

•

Para concluir:

1. Os geoneutrinos ocupam uma faixa de

energia abaixo de 3,4 Mev;

2. Os neutrinos de reatores, acima de uma

determinada

energia,

são

muito

mais

determinada

energia,

são

muito

mais

numerosos do que os geoneutrinos;

3. O conhecimento da geologia regional é

importante para que se entenda o significado

das medidas de geoneutrinos.

QUESTÃO

São os geoneutrinos relevantes para o Projeto Angra Neutrinos?

Muito

Muito obrigadoobrigado porpor suasua Muito

Muito obrigadoobrigado porpor suasua atenção

atenção ee paciênciapaciência..

Sol de